Kazık Yükleme Deneyleri — Statik ve Dinamik

Bu makalede üç ana yöntem ele alınmaktadır:

Tablo 1: Özet

1. Statik Yükleme Deneyi (SLT)

1.1 Temel İlke

SLT, kazığa kontrollü artışlarla yük uygulanarak elde edilen yük-oturma ilişkisini doğrudan ölçer. Kazık-zemin arayüzünde gerçek sürtünme ve uç direnci mobilize edilir; sonuç, teorik hesapların en güvenilir validasyonunu sağlar.

1.2 Düzenek Bileşenleri

Bileşen fonksiyonları:

Tablo 2: Düzenek Bileşenleri

Referans kiriş: Deney kazığından ve reaksiyon sisteminden $\geq 5D$ veya $\geq 2{,}0$ m uzakta bağımsız destekte kurulmalıdır.

1.3 Yükleme Prosedürü

Çok Kademeli Yükleme (ML — Maintained Load): ASTM D1143-20 / TS EN ISO 22477-1 Prosedür A

• Kademeler: Tahmini göçme yükünün %25'i kadar artışlarla, en az 8 kademe
• Duraklama kriteri: Her kademede oturma hızı $\leq 0{,}25$ mm/saat'e ulaşana dek bekle
• Maks. yük: Tasarım yükünün $\geq 2$ katı veya göçme yüküne ulaşana dek
• Boşaltma: 4 kademede sıfıra indir; kalıcı oturmayı kaydet

Sabit Penetrasyon Hızlı Yükleme (CRP — Constant Rate of Penetration): ASTM D1143-20 Prosedür B

• Penetrasyon hızı: 0,25–1,25 mm/dak (kum) veya 0,75–2,50 mm/dak (kil)
• Göçme kriteri doğrudan eğriden okunur
• Süre: ML'ye göre çok kısa (~2–4 saat)

1.4 Yük-Oturma Eğrisi Yorumlama

Başlıca göçme yükü belirleme yöntemleri:

Tablo 3: Yük-Oturma Eğrisi Yorumlama

2. Yüksek Gerinimli Dinamik Deney (HSDT / PDA)

2.1 Temel İlke

HSDT'de kazık başına bağlanan ivmeölçer ve gerinme ölçerleri, düşen ağırlığın yarattığı geçici darbe sırasında yayılan gerilme dalgasını kaydeder. Tek boyutlu dalga denklemi (1D wave equation) kullanılarak kazığın statik taşıma gücü kestirilir.

2.2 CASE Yöntemi

$$R_{CASE} = \frac{F_1 + F_2}{2} + \frac{Z(V_1 - V_2)}{2} - J_c \cdot \frac{F_1 - F_2 + Z(V_1 + V_2)}{2}$$

Tablo 4: CASE Yöntemi

CASE damping faktörleri:

Tablo 5: CASE Yöntemi

2.3 CAPWAP Analizi

CAPWAP (CAse Pile Wave Analysis Program), ölçülen kuvvet sinyali giriş olarak kullanılarak hız sinyali simüle edilir; Smith modeli parametreleri (quake, damping) iteratif olarak eşleştirilir. Sürtünme dağılımı ve uç direnci ayrı ayrı elde edilir. Yüksek doğruluk için akredite mühendis gerektirir.

3. Statnamic Deney (RLT)

Düşen ağırlık veya piroteknik itici ile üretilen yarı-statik yük, SLT'nin eylemsizlik ve sönüm etkilerini içerir. Unloading Point Method (UPM) ile statik bileşen ayrıştırılır:

$$F_{statik} = F_{ölçülen} - m \cdot a - C \cdot v$$

Büyük çaplı fore kazıklarda (Ø ≥ 60 cm) SLT yerine alternatif olarak kullanılabilir; EN 1997-1 kapsamında ek $\xi$ faktörü uygulanır.

SLT – HSDT – RLT Karşılaştırması

Tablo 6: SLT – HSDT – RLT Karşılaştırması

4. Kazık Bütünlük Testi (PIT)

4.1 Yöntem

PIT (Pile Integrity Test), düşük gerinimli darbe yöntemidir (ASTM D5882-07). El çekiciyle hafif darbe uygulanır; ivmeölçer ile kazık boyunca yayılan gerilme dalgasının yansımaları kaydedilir.

Test prosedürü:

1. Kazık başını düzleştir, taze çimento pastası sür
2. İvmeölçeri kazık merkezine yapıştır
3. El çekiciyle 3–5 darbe vur, tutarlı sinyalleri seç
4. Kazık uzunluğu ve beton hızı ($c = 3500$–$4200$ m/s) gir
5. Dalga yansıma grafiğini yorumla

4.2 Dalga Hızı ve Hata Türleri

$$L = \frac{c \cdot t_{yansıma}}{2}$$

Tablo 7: Dalga Hızı ve Hata Türleri

5. TBDY 2018 ve EN 1997-1 Gereksinimleri

5.1 TBDY 2018 Madde 16.9.2 — Zorunlu Deney Sayıları

Tablo 8: TBDY 2018 Madde 16.9.2 — Zorunlu Deney Sayıları

TBDY 2018 Tablo 16.4 — Kısmi Güvenlik Katsayıları $\gamma_{Rt}$:

Tablo 9: TBDY 2018 Madde 16.9.2 — Zorunlu Deney Sayıları

5.2 EN 1997-1 Karakteristik Kapasite

$$R_{c;k} = \min\left\{\frac{R_{c;m,mean}}{\xi_1},\ \frac{R_{c;m,min}}{\xi_2}\right\}$$

$\xi$ faktörleri (EN 1997-1 Tablo A.9):

Tablo 10: EN 1997-1 Karakteristik Kapasite

Tasarım kapasitesi:

$$R_{c;d} = \frac{R_{c;k}}{\gamma_{Rt}}$$

HSDT (dinamik deney) için $\xi$ faktörleri SLT'ye göre 0,10 daha büyük alınır (EN 1997-1 Madde A.3.3.5).

6. Osterberg Hücresi (O-Cell) Yöntemi

O-cell deneyi, reaksiyon sistemi gerektirmez; kazık gövdesi içine yerleştirilen hidrolik hücreler kazığı iki yönde (yukarı ve aşağı) yükler. Çok büyük kapasiteli kazıklarda (> 20 MN) ve dar çalışma alanlarında avantajlıdır. Sonuçlar "eşdeğer SLT eğrisine" dönüştürülerek yorumlanır (Osterberg 1998 yöntemi).

7. Teknik Kesit

8. Akış Diyagramı

9. Örnek Problemler

Problem 1 — EN 1997-1: İki Statik Deneyle Karakteristik ve Tasarım Kapasitesi

Veriler:

• Bina: 8 katlı ofis, DTS = 2 → min. 2 SLT zorunlu (TBDY 2018 Md. 16.9.2.1)
• Deney 1 (T1): $Q_{nihai,1} = 2400\ \text{kN}$ (Davisson kriteri)
• Deney 2 (T2): $Q_{nihai,2} = 2000\ \text{kN}$ (Davisson kriteri)
• EN 1997-1 Tablo A.9, $n = 2$: $\xi_1 = 1{,}35$, $\xi_2 = 1{,}27$

Çözüm:

$$R_{c;m,mean} = \frac{2400 + 2000}{2} = 2200\ \text{kN}$$ $$R_{c;m,min} = 2000\ \text{kN}$$ $$R_{c;k} = \min\left\{\frac{2200}{1{,}35},\ \frac{2000}{1{,}27}\right\} = \min\{1630,\ 1575\} = 1575\ \text{kN}$$ $$R_{c;d} = \frac{R_{c;k}}{\gamma_{Rt}} = \frac{1575}{1{,}4} = \mathbf{1125\ \text{kN}}$$

Sonuç: Tasarım taşıma gücü $R_{c;d} = 1125\ \text{kN}$. TBDY 2018 DTS = 2 koşulu 2 adet SLT ile karşılanmıştır.

Problem 2 — Davisson Kriteri ile Göçme Yükü Belirleme

Veriler:

• Kazık: Ø60 cm ($B = 0{,}60\ \text{m}$) fore kazık, $L = 18\ \text{m}$, $E_p = 30\ \text{GPa}$, $A_p = 0{,}2827\ \text{m}^2$
• Yük uygulaması: ML yöntemi (8 kademe)
• Maksimum yük $Q_{max} = 2000\ \text{kN}$'da oturma $s = 18\ \text{mm}$

Davisson ofset çizgisi:

$$s_{Davisson} = \frac{Q \cdot L}{E_p \cdot A_p} + 4\ \text{mm} + \frac{B}{120}$$ $$\frac{B}{120} = \frac{600\ \text{mm}}{120} = 5{,}0\ \text{mm}$$

$Q = 1650\ \text{kN}$'da:

$$s_{Davisson} = \frac{1650 \times 18}{30000 \times 10^3 \times 0{,}2827} + 4 + 5 = 3{,}50 + 9 = 12{,}5\ \text{mm}$$

Eğrinin $Q = 1650\ \text{kN}$'da oturması $\approx 12{,}5$ mm → Kesişme noktası:

$$Q_{nihai} = \mathbf{1650\ \text{kN}}$$

Tasarım kapasitesi (1 deney, $\xi = 1{,}50$):

$$R_{c;k} = \frac{1650}{1{,}50} = 1100\ \text{kN}$$ $$R_{c;d} = \frac{1100}{1{,}4} = \mathbf{786\ \text{kN}} \approx 790\ \text{kN}$$

Problem 3 — Statik ve Dinamik Deney Karşılaştırması (İskenderun Projesi)

Veriler:

• Kazık: Fore kazık, $D = 0{,}80\ \text{m}$, $L = 30\ \text{m}$, C25/30 beton
• Reaksiyon sistemi: 4 adet Ø80 cm, $L = 30\ \text{m}$ reaksiyon kazığı
• Maks. test yükü: 9000 kN (sistemin kapasitesi 12.000 kN)
• Statik yükleme (T1 kazığı) — Davisson sonucu: $Q_{nihai} = 9000\ \text{kN}$
• Dinamik yükleme (T2 kazığı) — CAPWAP sonucu: $Q_{nihai} = 8644\ \text{kN}$ (sürtünme: 8344 kN + uç: 300 kN)
• EN 1997-1 $\xi$ faktörleri: SLT için 1 deney → $\xi_1 = \xi_2 = 1{,}50$; HSDT için → 1,60

Çözüm:

Adım 1 — Statik Deney (T1) karakteristik kapasite (1 SLT → $\xi = 1{,}50$):

$$R_{c;k}^{SLT} = \frac{9000}{1{,}50} = 6000\ \text{kN}$$

Adım 2 — Statik Deney tasarım kapasitesi (TBDY 2018, $\gamma_{Rt} = 1{,}4$ — deney yapılmış):

$$R_{c;d}^{SLT} = \frac{6000}{1{,}4} = 4286\ \text{kN} \approx 4300\ \text{kN}$$

Adım 3 — Dinamik Deney (T2) karakteristik kapasite ($\xi = 1{,}60$ — HSDT için):

$$R_{c;k}^{PDA} = \frac{8644}{1{,}60} = 5403\ \text{kN}$$

Adım 4 — Dinamik Deney tasarım kapasitesi ($\gamma_{Rt} = 1{,}4$):

$$R_{c;d}^{PDA} = \frac{5403}{1{,}4} = 3859\ \text{kN} \approx 3860\ \text{kN}$$

Tablo 11: Problem 3 — Statik ve Dinamik Deney Karşılaştırması (İskenderun Projesi)

Sonuç: Statik ve dinamik deney sonuçları %4,2 farkla örtüşmektedir. Ancak EN 1997-1'in dinamik deney için daha yüksek $\xi$ faktörü ($1{,}60 > 1{,}50$) uygulaması nedeniyle karakteristik ve tasarım kapasiteleri arasındaki fark %11'e çıkmaktadır. CAPWAP analizinin doğrulanması veya ek statik deney yapılmasıyla bu fark azaltılabilir.

Kontrol: TBDY 2018 Madde 16.9.2.1 uyarınca DTS = 2 için en az 2 adet statik yükleme deneyi zorunludur. Proje bu koşulu tek T1 kazığıyla sağlayamaz; T3 veya T4 kazıkları üzerinde ek SLT yapılması gerekmektedir.

10. Sık Yapılan Hatalar

Tablo 12: Sık Yapılan Hatalar

Kaynakça

1. İlgili Türk Standartları (TS) ve Avrupa Normları (EN)
2. TBDY 2018 — Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği
3. İlgili ders kitapları ve teknik kaynaklar

Not: Bu makale eğitim amaçlıdır. Projelerde güncel yönetmelik ve standartlara başvurunuz.

Kaynaklar

1. TS EN 1997-1:2012 — CEN — Avrupa Standardizasyon Komitesi (Eurocode). https://eurocodes.jrc.ec.europa.eu
2. TBDY 2018 — AFAD / T.C. Çevre, Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. https://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2018/03/20180318M1-2.htm

İlgili Hesaplama Araçları

Bu konuyla ilgili ücretsiz mühendislik hesaplama araçlarımızla ön tasarım ve kontrol yapabilirsiniz:

• Zemin Taşıma Gücü Hesaplama
• Temel Boyutlandırma Hesaplama
• Şev Stabilitesi Hesaplama
• İstinat Duvarı Hesaplama

Önemli Mühendislik Uyarısı: Bu içerik yalnızca bilgilendirme amaçlıdır; nihai tasarım, hesap ve uygulama kararları, güncel yönetmelikler ile proje koşulları çerçevesinde yetkili bir inşaat mühendisinin denetiminde alınmalıdır. Sayısal örnekler ve formüller genel mühendislik pratiğini yansıtır; her projenin kendine özgü zemin, yük ve çevre koşulları proje müellifince ayrıca değerlendirilmelidir.